CN1310827A - 用于显示装置的遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制显示装置的遥控装置。该遥控装置包括图像传感器(7)和用于把显示屏(2)的图像投射到图像传感器上的成像光学系统(8)。如果用户移动遥控装置,则所投影的图像将相应地移动。从所投影的图像推导出遥控装置相对于显示装置的相对运动,并转换为发送到显示装置的控制命令。

Description

用于显示装置的遥控器

发明领域

本发明涉及一种用于控制显示装置的遥控装置，其中包括用于检测遥控装置相对于显示装置的相对运动的定向装置。

本发明还涉及一种显示装置和上述遥控装置的系统。

本发明还涉及一种用于上述系统中的显示装置。

发明背景

随着电视的先进特性的出现，例如互联网浏览、家庭购物和玩游戏，用户必须能够从通常的观看距离控制这些新特性。为此原因，需要集成常规遥控器和指示设备(例如计算机鼠标)的功能的遥控器。各种解决方案已经被提出用于这种集成。其中一些基于在光笔中采用的技术，其中检测由显示装置的阴极射线管产生的光点的运动与同步信号相比较。该解决方案仅仅可以应用于距显示屏的有限距离范围内。其它解决方案基于由显示设备所发射并由遥控器所接收的红外信号。例如，美国专利US5,644,126公开一种显示装置和遥控器的系统，该显示装置具有光源，例如发光二极管，其光线由遥控器所接收并且通过栅格所引导。所得的干涉图案投射到阵列传感器上。如果遥控器移动，则干涉图案偏移，这由阵列传感器所检测。然后，该运动被转换为用于控制显示装置的功能的适当命令，例如，从屏幕显示的菜单选择一个菜单选项。

已有系统的一个缺点是遥控器和显示装置需要相适应而实现所需功能。因此，它们不能够提供可以作为附件应用到常规显示装置的遥控器。另外，仅仅相对运动可以由美国专利US5,644,126的系统所检测。

本发明的目的和概述

本发明的一个目的是提供一种在开篇中所述的遥控装置，它避免现有技术中的缺点。为此目的，根据本发明的遥控装置的特征在于定向装置包括图像传感器和用于把图像投射到图像传感器上的成像光学系统，该定向装置适合于从投影图像的运动推导出所述运动。投影图像可以是任何图像，例如显示屏、窗口或灯。如果用户移动遥控装置，则投影图像将相应的运动。投影图像的运动例如可以通过比较从图像传感器获得的连续帧而检测。用于检测和分析投影图像的软件算法实际上是已知的，并且将仅仅对与所公开的发明相关的部分进行讨论。可以从下文中获得背景信息，例如：

一种用于处理激光斑点图案以提取高分辨率的运动的方法，Andrew Houghton、Graham Ress和Peter Ivey测量科学和技术第8号(1997)，第611-617页，IOP出版公司。

使用电子光斑互相关的线性和旋转编码器，Ichirou Yamagouchi和Tadashige Fujita，光学工程/1991年12月/第30卷第12号，第1862-1868页。

然后投影图像的运动被转换为适当的命令，用于控制显示设备的功能，例如光标位置。本发明的其它优点是同样可以检测该旋转。

根据本发明的遥控装置的一个实施例的特征在于遥控装置还包括用于响应用户命令或预定事件启动定向装置的启动装置。该启动装置可以包括用于检测拿起遥控装置的事件的把握或倾斜传感器。另外，启动装置可以包括必须特意按下以启动定向装置的按钮。在启动时，遥控装置可以执行初始化，例如，提供默认的光标位置。然后，所有后续运动被转换为相应的光标运动。

另一个实施例的特征在于遥控装置还包括用测量到投影在图像传感器上的对象的距离的距离测量装置，该定向装置适用于相对所述距离调节所述相对运动。例如，遥控装置可以具有自动聚焦装置。另一方面，自动聚集装置保证在图像传感器上产生清晰投影图像，而与到被投影对象的距离无关。另一方面，自动聚焦装置可以提供关于遥控装置与所述对象之间的距离的信息，当确定向装置的灵敏度时，可以考虑该信息。例如，当把遥控装置对准附近的对象时，遥控装置的运动将造成投影图像的相对较大的运动。在这种情况下，与对准远方对象的情况相比，该运动可以被转换为相对较小的光标运动。用于自动对焦的技术是众所周知的，例如参见：

用于测量聚集误差的数字方法，Adolf W.Lohmann,DavidMendiovic和Zeev Zalevsky，应用光学/第36卷第28号/1997年10月1日第7204-7209页。

用于绝对距离测量的光点技术，G.E.Hege,H.J.Tiziani,Tech.Messen 54(6)，第237-242页(1987)。

另一个实施例的特征在于该定向装置还适用于识别显示装置的图像。如上文所述，显示装置本身可以常规用作为要对准的对象。通常，由于产生光线，因此显示屏在观看环境中是突出的。为了控制显示在显示屏上的对象，显示屏的特定性能最好被考虑，例如，屏幕的大小和/或图像刷新速率可以被用于从周围环境中识别出屏幕。

另一个实施例的特征在于，定向装置还适用于存储显示装置的特性(尺寸、刷新速率)。通过明确地存储这些特征，例如通过下载或通过按键的方法明确地输入，定向装置可以预先知道关于显示装置的投影图像的情况。因此，可以避免例如由于灯光的闪烁或者窗口的尺寸所造成的混淆。

另一个实施例的特征在于，定向装置适用于识别在显示装置的显示屏上具有预定特性的图标。按照这种方式可以实现准确地识别显示屏，因为图标可以通过特定形状或颜色组合来变得唯一。图标可以位于固定的位置，或者可以为屏幕光标的两倍大小。

另一个实施例的特征在于，所述预定特性包括预定参数的周期改变(例如，颜色、亮度)。按照这种方法，进一步简化显示装置的准确识别。

另一个实施例的特征在于，遥控器适用于从所述周期改变解码与显示装置相关的状态信息。以前实施例的周期改变可以用表示所述状态信息的信号来调制。状态信息可以包括灵敏度设置、显示装置的特征等等。

一个实施例的特在于，定向装置适用于通过从显示装置的投影图像推导出所述相对位置，确定遥控装置相对于显示装置的相对位置。按照这种方式，不但可以实现相对定位，而且可以实现绝对定位，因为在显示屏的识别之后，定向装置可以获得必要的特征，例如屏幕尺寸。

本发明特别适合于电视接收器、监视器、(游戏)计算机和演示设备。

附图简述

通过下文参照实施例对非限定性的例子的说明，本发明的这些方面和其它方面将变得清楚。在图中，

图1简要示出根据本发明的遥控装置和显示装置，

图2示出根据本发明的遥控装置的相关元件的方框图，

图3示出由根据本发明的遥控装置所检测的各种类型的运动，

图4简要示出通过根据本发明的遥控装置的绝对光标定位，

图5示出信息从显示装置传送到根据本发明的遥控装置的例子。

实施例的描述

图1示出包括显示屏2和遥控器3的电视接收器1。遥控器3包括具有与计算机鼠标的按键相同功能的电路板4和按键5。另外，常规的遥控按键可以具有例如数字键、图文电视按键等等。遥控器3还包括用于检测该遥控器何时被用户所拿起的把握传感器6。成像光学系统8能够把例如电视接收器1这样的远处对象的图像投影到置于电路板4上的图像传感器7上。LED(发光二极管)9安装在电路板4上，用于把红外线信号发送到电视接收器1上。自动聚焦点装置10被提供用于在图像传感器7上建立清晰的投影，并且用于测量到被投影对象的距离。

图2示出遥控器3的相关年限和方框图。显示屏2的图像被投影到图像传感器7上，图像传感器7是感光单元的矩阵，例如光电二极管或集成的光电管。通过像素寻址单元13对感光单元的寻址而使得感光单元(像素)被定期地扫描。所得的电信号由模数转换器14转换并以数字形式发送到信号处理器12。构成用于检测相对于要被控制的显示装置的相对硬度的定向装置的信号处理器12能够从可用信息中提取突出显著的元素。用于检测这种元素的软件算法本身是已知的。例如，信号处理器12可以寻找大小和对比度数值超过特定阈值的光亮和黑暗区域之间的跃变。对于适当的元素，信号处理器12可以查找显示屏幕2的边角、光标或者所显示内容的其它元素。另外，相关技术可以用于突出元素的提取。这些技术本身是已知的。

所述元素的座标被存储在存储器(未示出)中。通过存储至少两个元素的座标，可以检测延着两个座标轴的平移和旋转。定期地，例如每一帧或者几帧的平均，所检测的平移或旋转将被转换为用于控制电视接收器1的适当命令，并且通过由LED9所产生的红外信号或者通过其它发送方法发送到电视接收器1。信号处理器12或者其它专用电路与按键5和把握传感器6的状态从所计算的平移和旋转产生要被发送的代码。

当遥控器3由用户所操作时，把握传感器启动信号处理器12。在启动时，开始执行如下功能的初始化流程：

把初始化代码发送到电视接收器1，使得鼠标和/或菜单被启动。

从图像传感器捕获图像

确定图像的突出元素的座标，并且通过互相关技术计算相对平移或旋转。为了识别图像元素，不需要考虑到所有相素。仅仅需要存储和处理接近这种元素的像素，因此减少了处理量。根据所请求的响应时间，在把相应命令发送到电视接收器1之前，所检测的运动可以在多次测量上取平均。

显示屏2的识别可以通过考虑到显示屏2的特定特征而增强。通常，显示器的特征在于特定的刷新速率，从25Hz(传统的电视)到160Hz。该刷新频率可以被检测，并且可以用于确定在图像传感器7上从显示屏2获得的信息。从该信息，可以提取突出元素，元素包括具有特定对比度和尺寸的明-暗跃变。为了可靠地识别，至少应当考虑几个像素。

如果在时刻t的两个元素的位置分别由(x0,y0)(t)和(x1,y1)(t)给出，则相对于点(x0,y0)的平移和旋转可以通过确定在时刻t0和t1的相继点的两点的座标而计算，该座标分别为(x0,y0)(t0)、(x1,y1)(t0)和(x0,y0)(t1)、(x1,y1)(t1)。

现在平移被定义为：

dx=x0(t1)-x0(t0)

dy=y0(t1)-y0(t0)

旋转被定义为：

Θ=arctan((x1(t1)-x1(t0)-dx)/(y1(t1)-y1(t0)-dy))

图3示出遥控器3的各种自由度。所有所述的测量可以实现而不用适应要被控制的显示装置的软件或硬件。通过与预定的方式适应在显示屏2上显示的内容可以获得附加的可靠性和功能。例如，光标可能难以在所显示图像的不可预测内容中检测。该问题可能可以通过定期的改变光标的一些特性而解决，例如其亮度。通过定期地把光标显示和关闭，例如，每隔一个刷新周期，检测器能够从所显示图像中清楚地识别光标。通过时间滤波，能够可靠的检测光标位置。

相对于显示屏2的绝对位置可以通过把其位置与其它元素的固定位置相比较而确定。图4示出具有位置(Xc,Yc)的光标15和分别在位置(X2,Y2)和(X1,Y1)处的两个元素16和18。第三元素17存在于位置(X0,Y0)上将增加计算的可靠性。通过选择用于其它元素的固定位置，例如显示屏的边角，信号处理器12能够推算屏幕的尺寸。光标15的绝对位置(X,Y)被定义如下：

X=xc(x2-x1)

Y=yc/(y2-y1)

光标特性的周期改变可以被调制以从显示装置1把信息发送到遥控器3。例如，与显示装置1的状态相关的信息或者遥控器3的灵敏度的所需改变可以被传送到遥控器3。光标调制是通过控制表示要被发射的信息的代码的周期改变而实现的。

这在图4中示出。阶跃函数19表示帧周期，高电平表示偶数帧，低电平表示奇数帧。阶跃函数20表示光标信号，高电平表示“光标显示”，并且低电平表示“光标消失”。用于编码信息的技术本身是众所周知的。

总而言之，本发明涉及用于控制显示装置的遥控装置。遥控器包括图像传感器和用于在图像传感器上投影例如显示屏幕的图像的成像光学系统。如果用户移动遥控装置，则被投影图像将相应地移动。从被投影图像的运动，推导出遥控装置相对于显示装置的相对移动的，并且被转换为发送到显示装置的控制命令。

尽管本发明已经参照所示的实施例进行了描述，但是在本发明思想的范围内可以有各种变化和改进。

“包括”这个词不排除存在除了权利要求书中所列之外的其它要素或步骤。

Claims (11)

1．一种用于控制显示装置的遥控装置，其中包括用于检测遥控装置相对于显示装置的相对运动的定向装置，其特征在于，该定向装置包括图像传感器和用于把图像投射到图像传感器上的成像光学系统，该定向装置适合于从投影图像的运动推导出所述运动。

2．根据权利要求1所述的遥控装置，其特征在于，该遥控装置还包括用于响应用户命令或预定事件启动定向装置的启动装置。

3．根据权利要求1或2中所述的遥控装置，其特征在于，该遥控装置还包括用测量到投影在图像传感器上的对象的距离的距离测量装置，该定向装置适用于相对所述距离调节所述相对运动。

4．根据权利要求1或3中所述的遥控装置，其特征在于，该定向装置还适用于识别显示装置的图像。

5．根据权利要求4所述的遥控装置，其特征在于，该定向装置还适用于存储显示装置的特性(尺寸、刷新速率)。

6．根据权利要求4或5所述的遥控装置，其特征在于，该定向装置适用于识别在显示装置的显示屏上具有预定特性的图标。

7．根据权利要求6所述的遥控装置，其特征在于，所述预定特性包括预定参数的周期改变(例如，颜色、亮度)。

8．根据权利要求7所述的遥控装置，其特征在于，该遥控器适用于从所述周期改变解码与显示装置相关的状态信息。

9．根据权利要求4至8中的任何一项所述的遥控装置，其特征在于，该定向装置适用于通过从显示装置的投影图像推导出所述相对位置，确定遥控装置相对于显示装置的相对位置。

10．一种具有权利要求4至9中所述的遥控装置的特点的显示装置和遥控装置的系统，其特征在于，该显示装置适合于显示具有特性的图标用于当显示装置的图像投影到遥控装置的图像传感器上时增加显示装置的图像的可识别性。

11．一种具有权利要求10中所述的系统的显示装置的特点的显示装置。

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